KR20060042397A - Switching regulator and image forming apparatus and its control method - Google Patents
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Abstract
스위칭 레귤레이터는 변압기의 2차측과 직렬로 접속된 정류 다이오드(7)에 인가되는 전압을 입력하여 그 전압에 대응하는 전압 신호 Vvp를 생성하는 입력 전압 검출 회로와, 그 입력 전압 검출 회로에 의해 생성된 전압 신호의 전압값에 기초하여 변압기의 1차측에 입력되는 전압값 Vin을 산출하는 연산 유닛(1O)을 구비한다.The switching regulator inputs a voltage applied to the rectifying diode 7 connected in series with the secondary side of the transformer and generates a voltage signal Vvp corresponding to the voltage, and a voltage generated by the input voltage detecting circuit. And a calculation unit 100 for calculating a voltage value Vin input to the primary side of the transformer based on the voltage value of the voltage signal.
이미지 형성 장치, 스위칭 레귤레이터, 변압기, 정류 다이오드, 변류기, 포토커플러 Image Forming Devices, Switching Regulators, Transformers, Rectifier Diodes, Current Transformers, Photocouplers
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스위칭 레귤레이터 및 입력 전압 검출 회로의 구성을 나타내는 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a switching regulator and an input voltage detection circuit according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 제1 실시예에 따른 2차 정류 다이오드의 애노드 전압을 나타내는 파형도.2 is a waveform diagram showing an anode voltage of a secondary rectifying diode according to a first embodiment.
도 3의 (a) 내지 (c)는 제1 실시예에 따른 스위칭 레귤레이터 및 입력 전압 검출 회로의 동작을 나타내는 신호 파형도.3A to 3C are signal waveform diagrams showing the operation of the switching regulator and the input voltage detection circuit according to the first embodiment.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스위칭 레귤레이터, 입력 전압 검출 회로 및 입력 전류 검출 회로의 구성을 나타내는 블록도.4 is a block diagram showing the configuration of a switching regulator, an input voltage detection circuit and an input current detection circuit according to a second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 2차 정류 다이오드의 애노드 전압을 나타내는 파형도.5 is a waveform diagram illustrating an anode voltage of a secondary rectifying diode according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 6의 (a) 내지 (c)는 제2 실시예에 따른 스위칭 레귤레이터 및 입력 전류 검출 회로의 동작을 나타내는 신호 파형도.6A to 6C are signal waveform diagrams showing the operation of the switching regulator and the input current detection circuit according to the second embodiment.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스위칭 레귤레이터 및 출력 전류 검출 회로의 구성을 나타내는 블록도.7 is a block diagram showing the configuration of a switching regulator and an output current detection circuit according to a third embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 2차 정류 다이오드의 애노드 전압을 나 타내는 파형도.8 is a waveform diagram illustrating an anode voltage of a secondary rectifying diode according to a third exemplary embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 화상 형성 장치에서의 전원 주위의 구성을 설명하는 블록도.Fig. 9 is a block diagram for explaining a configuration around a power supply in the image forming apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
도 10의 (a) 및 (b)는 제4 실시예에 따른 화상 형성 장치의 동작을 나타내는 파형도.10A and 10B are waveform diagrams showing the operation of the image forming apparatus according to the fourth embodiment.
도 11은 종래의 화상 형성 장치의 전원 주위의 구성을 나타내는 블럭도.Fig. 11 is a block diagram showing a configuration around a power supply of a conventional image forming apparatus.
도 12는 종래의 화상 형성 장치의 전원 주위의 구성을 나타내는 블럭도.Fig. 12 is a block diagram showing a configuration around a power supply of a conventional image forming apparatus.
도 13은 종래의 화상 형성 장치의 전원 주위의 구성을 나타내는 블럭도.Fig. 13 is a block diagram showing a configuration around a power supply of a conventional image forming apparatus.
도 14의 (a) 및 (b)는 종래의 화상 형성 장치에서의 정착 유닛에 의한 전력 공급 제어를 나타내는 파형도.14A and 14B are waveform diagrams showing power supply control by a fixing unit in a conventional image forming apparatus.
도 15는 제4 실시예에 따른 화상 형성 장치에서의 정착 유닛에 의한 전력 공급 제어를 나타내는 흐름도.Fig. 15 is a flowchart showing power supply control by the fixing unit in the image forming apparatus according to the fourth embodiment.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉 <Explanation of symbols for main parts of drawing>
1 : 상업용 전원1: commercial power
2 : 정류 브릿지2: rectification bridge
3 : 1차 평활 컨덴서3: Primary smoothing capacitor
4 : 구동 회로4: driving circuit
5 : 변압기5: transformer
6 : FET6: FET
7 : 정류 다이오드7: rectifier diode
8 : 2차 평활 컨덴서8: 2nd smoothing capacitor
9 : 부하9: load
본 발명은 상업용 전원 전압을 정류, 평활 및 스위칭하고 그 전압을 변압기의 1차측에 입력하여 변압기의 2차측에서 소정의 직류 전압을 생성하는 스위칭 레귤레이터, 및 스위칭레귤레이터의 제어 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 스위칭 레귤레이터를 탑재한 화상 형성 장치 및 그 장치의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a switching regulator for rectifying, smoothing and switching a commercial power supply voltage and inputting the voltage to the primary side of the transformer to generate a predetermined direct current voltage at the secondary side of the transformer, and a control method of the switching regulator. The present invention also relates to an image forming apparatus equipped with such a switching regulator and a control method of the apparatus.
스위칭 레귤레이터 회로내의 소자들의 보호 또는 2차측의 부하의 동작 제어를 위하여, 상업용 전원의 전압값, 스위칭 레귤레이터에 입력되는 전류값, 및 스위칭 레귤레이터로부터 출력되는 전류값이 검출된다. 스위칭 레귤레이터에 입력되는 상업용 전원의 전압값이나 전류값을 검출하는 방법으로서, 포토커플러 및 변류기를 사용하는 방법이 제안되었다(문헌 1 참조).For the protection of the elements in the switching regulator circuit or the operation control of the load on the secondary side, the voltage value of the commercial power supply, the current value input to the switching regulator, and the current value output from the switching regulator are detected. As a method of detecting a voltage value or a current value of a commercial power supply input to a switching regulator, a method of using a photocoupler and a current transformer has been proposed (see Document 1).
[문헌 1] JP 10-274901 A
도 11을 참조하여 상기 종래 방법에 대하여 설명한다.The conventional method will be described with reference to FIG.
상업용 전원(1)으로부터 공급되는 교류 전압은 정류 브릿지(2) 및 1차 평활 컨덴서(3)에 의해서 정류 및 평활되어, 거의 일정한 전압 Vp이 된다. 전압 Vp은 변압기(5)를 통하여 FET(6)에 공급된다. 구동 회로(4)에 의해 FET(6)를 스위칭하 는 것에 의해, 변압기(5)의 2차측에 펄스 전압이 야기된다. 이렇게 야기된 펄스 전압은 2차 정류 다이오드(7) 및 2차 평활 컨덴서(8)에 의해서 정류 및 평활되어, 소정의 전압 Vout이 된다. 이 전압 Vout이 부하(9)에 공급된다.The AC voltage supplied from the
다음으로, 이 스위칭 레귤레이터에서 상업용 전원(1)의 전압값을 검출하는 방법에 대하여 설명한다.Next, the method of detecting the voltage value of the
1차 전압 Vp는 저항(17) 및 저항(18)에 의해 분압되어, 포토커플러(13)의 LED에 공급된다. 이 포토커플러(13)의 LED로부터의 발광량은 전압 Vp에 비례하기 때문에, 포토커플러(13)의 포토 트랜지스터의 콜렉터 전류도 이 전압 Vp에 비례한다. 따라서, 연산 유닛(10)에 공급되는 전압값 Vvp은 1차 전압값 Vp에 비례한다. 연산 유닛(10)은 저항(17 및 180)의 저항값 및 포토커플러(13)의 광전류 변환 효율(CTR 값)로부터 1차 전압값 Vp을 역산하여 구하는 것에 의해, 상업용 전원(1)의 전압값 Vin을 얻을 수 있다.The primary voltage Vp is divided by the
다음으로, 스위칭 레귤레이터에 입력되는 전류값을 검출하는 방법에 대하여 설명한다.Next, a method of detecting the current value input to the switching regulator will be described.
스위칭 레귤레이터의 입력부에는 변류기(11)의 1차측 단자가 접속되어 있다. 따라서, 변류기(11)의 2차측 단자에는 입력 AC 전류값 Iin에 비례하는 전류가 흐른다. 이 전류는 저항(12)에 의해서 전압으로 변환되고, 차동 증폭기(14)에 공급된다. 이 차동 증폭기(14)로부터의 출력 전압 Viin은 저항(16)과 컨덴서(190)에 의해서 평활되어 연산 유닛(10)에 공급된다. 연산 유닛(1O)은 이 전압 Viin에 기초하여, 변류기(11)의 권수비(winding ratio) 및 저항(12)의 저항값으로부터 역산하 여 스위칭 레귤레이터에 입력되는 전류값 Iin을 산출한다.The primary terminal of the
또한, 스위칭 레귤레이터로부터 출력되는 전류값을 검출하는 방법으로서, 전류 검출 저항을 사용하는 방법이 제안되었다(문헌 2 참조).Moreover, as a method of detecting the current value output from a switching regulator, the method of using a current detection resistor was proposed (refer document 2).
[문헌 2] JP 05-076173 A[Document 2] JP 05-076173 A
다음으로, 도 12를 참조하여, 스위칭 레귤레이터로부터 출력되는 전류값을 검출하는 방법에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIG. 12, the method of detecting the current value output from a switching regulator is demonstrated.
스위칭 레귤레이터의 출력부에 전류 검출 저항(340)이 접속되어 있다. 이 전류 검출 저항(340)의 양단에는 스위칭 레귤레이터로부터의 출력 전류 Iout에 비례하는 전압 Viout이 발생한다. 이 전압 Viout은 차동 증폭기(33)에 의해서 검출되어, 연산 유닛(10)에 공급된다. 연산 유닛(10)은 이 전압 Viout을 디지털 신호로 변환하여, 전류 검출 저항(340)의 저항값(R)으로부터 역산하여(Viout/R) 스위칭 레귤레이터로부터 출력되는 출력 전류값 Iout을 구한다.The
또한, 도 11에서 스위칭 레귤레이터가 화상 형성 장치(예를 들어, 레이저 빔 프린터)에 탑재된 경우의 제어에 대하여 도 13을 참조하여 설명한다.In addition, in FIG. 11, the control in the case where a switching regulator is mounted in an image forming apparatus (for example, a laser beam printer) is demonstrated with reference to FIG.
도 13에서, 상업용 전원(1)은 도 11에 나타낸 스위칭 레귤레이터 및 정착 전원(34)에 공급되고, 도 11에서의 부하(8) 대신 액츄에이터(36)가 변압기(5)의 2차측에 접속된다.In FIG. 13, the
상업용 전원(1)은 상기 스위칭 레귤레이터에 공급되고 또한 정착 전원(34)에 공급된다. 정착 전원(34)으로부터의 출력은 정착 유닛(37)에 공급된다. 정착 유닛(37)은 토너 화상을 융해하여 용지면상에 그 화상을 정착한다. 연산 유닛(10)은 정착 유닛(37)에 설치된 온도 검출 유닛(도시 생략)으로부터 공급되는 온도 정보 신호 thm에 기초하여, 정착 유닛(37)이 대략 일정한 온도가 되도록, 정착 전원(34)으로부터 정착 유닛(37)으로의 출력 전력을 온/오프한다. 이 때, 정착 전원(34)의 온/ 오프 타이밍은 연산 유닛(10)으로부터 정착 전원(34)에 공급되는 온/오프 신호(ON/OFF)에 의해서 규정된다. 또한 정착 전원(34)으로부터의 출력 전력은 전력 상한 신호 Pwtgt에 의해서 규정된다.
일반적으로, 상업용 전원(1)으로부터 전기 기기에 의해 소비가능한 전류값은 안전 규격에 의해서 그 최대 전류값 Imax가 규정된다. 예를 들면, 일본에서 상업용 콘센트로부터 전기 기기에 의해 소비가능한 전류값은 최대 15A까지이다. 따라서, 연산 유닛(10)은 상업용 전원(1)으로부터 회상 형성 장치에 입력되는 전류가 상기 규정된 전류값 Imax를 초과하지 않도록, 전력 상한 신호 Pwtgt를 순차적으로 산출하여, 정착 유닛(37)에 공급되는 전력을 제어한다. 도 14의 (a) 및 (b)를 참조하여 이 동작을 설명한다.In general, the maximum current value Imax is defined by the safety standard for the current value that can be consumed by the electric appliance from the
도 14의 (a)는 스위칭 레귤레이터에 입력되는 전류 Iin의 천이를 나타낸다. 타이밍 T1에서, 화상 형성 장치의 메인 스위치(도시 생략)가 턴온되면, 연산 유닛(10)은 액츄에이터(36)를 적절하게 동작시켜 화상 형성 동작을 준비한다. 이 동작에 수반하여, 스위칭 레귤레이터에 입력되는 전류 Iin은 순차적으로 증가한다. 연산 유닛(1O)은 입력 전류값 Iin을 순차 검출하여 규정된 전류값 Imax와의 차, Itgt= Imax-Iin을 산출한다. 즉, 차 Itgt가 정착 유닛(37)에 허용가능한 전류값이다. 또한, 연산 유닛(10)은 입력 전압 Vin을 검출하여 전류값 Itgt와 입력 전압 Vin으로부터 정착 유닛(37)에 허용가능한 전력 Pwtgt=Itgt×Vin을 산출한다.Fig. 14A shows the transition of the current Iin input to the switching regulator. At timing T1, when the main switch (not shown) of the image forming apparatus is turned on, the calculating
도 14의 (b)에 나타낸 바와 같이, 연산 유닛(10)은 정착 유닛(37)의 온도가 대략 일정하도록 정착 유닛(37)에 입력되는 전력 Pwtgt을 온/오프 제어한다. 이러한 구성에 의해, 상업용 전원(1)으로부터 화상 형성 장치에 입력되는 전류가 규정된 전류값 Imax를 초과하지 않도록 제어된다. As shown in FIG. 14B, the
그러나, 상기 종래기술에는 이하와 같은 문제가 있었다. 첫째, 스위칭 레귤레이터에 입력되는 상업용 전원(1)의 전압값이나 전류값을 검출하는 경우, 포토커플러(13) 및 변류기(11) 등의 1차-2차 절연 부품이 요구되어 비용이 증가된다. 둘째, 스위칭 레귤레이터로부터 출력되는 전류값을 검출하는 경우, 출력 전원 라인에 전류 검출 저항(340)을 삽입하기 때문에, 전류 검출 저항(340)에서 전력 손실이 발생한다. 셋째, 전류 검출 저항(340)에서 발생되는 전압 강하로 인해 스위칭 레귤레이터로부터의 출력 전압의 정밀도가 저하된다.However, the prior art had the following problems. First, when detecting the voltage value or the current value of the
마지막으로, 이러한 종래의 스위칭 레귤레이터가 화상 형성 장치에 탑재되는 경우에, 포토커플러(13) 및 변류기(11) 등의 1차-2차 절연 부품이 요구되어 비용이 증가된다. 이러한 포토커플러 및 변류기 없이 상업용 전원의 규정된 전류값을 지키 도록, 액츄에이터(36)에 의해 소비되는 최대 전류값 Iamax을 연산 유닛(10)에 저장하여, 정착 유닛(37)에 최대로 (Imax-Iamax)×Vinmin(Vinmin은 상업용 전원 전압의 최소값)의 전력이 공급되는 화상 형성 장치도 제안되었다. 그러나, 이러한 구성에서, 액츄에이터(36)에 의해 소비되는 전류가 Iamax 이하이거나, 상업용 전원 전압이 Vinmin보다도 높은 경우에, 상업용 전원(1)으로부터 충분히 공급될 수 있는 전류가 효율적으로 사용될 수 없다. 이 구조로 인해, 메인 스위치가 온되고 나서 정착 유닛(37)의 온도가 화상 형성 동작을 위한 온도로 증가되기까지의 시간(웜 업 타임)이 증가된다.Finally, when such a conventional switching regulator is mounted on an image forming apparatus, a primary secondary insulation component such as a
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 특징 중 하나는 상술한 종래 기술의 단점을 해결하는 것이다.The present invention has been made in view of the above problems, and one of its features is to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art.
또한, 본 발명의 다른 특징은 전력 손실 및 출력 전압 정밀도의 저하를 억제하면서 스위칭 레귤레이터로부터 출력되는 전류를 검출하는 스위칭 레귤레이터 및 화상 형성 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a switching regulator and an image forming apparatus for detecting a current output from the switching regulator while suppressing a power loss and a decrease in output voltage accuracy, and a control method thereof.
본 발명에 따라서, 변압기의 2차측에 직렬로 접속된 정류 다이오드에 인가되는 전압을 입력하여, 그 전압에 대응하는 전압 신호를 생성하는 전압 파형 검출 수단; 및 상기 전압 파형 검출 수단에 의해 생성되는 전압 신호의 전압값에 기초하여, 변압기의 1차측에 입력되는 전압값을 산출하는 제어 수단을 포함하는 스위칭 레귤레이터가 제공된다. According to the present invention, voltage waveform detecting means for inputting a voltage applied to a rectifying diode connected in series to a secondary side of a transformer and generating a voltage signal corresponding to the voltage; And control means for calculating a voltage value input to the primary side of the transformer based on the voltage value of the voltage signal generated by the voltage waveform detecting means.
또한, 본 발명에 따라서, 기록 매체 상에 형성된 토너 화상을 열에 의해서 정착시키도록 구성된 정착 유닛; 상기 정착 유닛에 전력을 공급하도록 구성된 정착 전원; 화상 형성 동작을 실행하도록 구성된 액츄에이터; 상기 액츄에이터에 전력을 공급하도록 구성된 스위칭 레귤레이터; 상기 스위칭 레귤레이터에 입력되는 전류값을 구하는 연산 수단; 및 상기 연산 수단에 의해 구한 상기 전류값에 따라서 상기 정착 전원에 의한 전력 공급을 제어하는 전력 제어 수단을 포함하는, 전자 사진 방식에 기초하는 화상 형성을 위한 화상 형성 장치가 제공된다.Also, according to the present invention, there is provided a fixing apparatus, comprising: a fixing unit configured to fix a toner image formed on a recording medium by heat; A fixing power source configured to supply power to the fixing unit; An actuator configured to execute an image forming operation; A switching regulator configured to supply power to the actuator; Calculating means for obtaining a current value input to the switching regulator; And power control means for controlling the power supply by the fixing power source in accordance with the current value obtained by the computing means. An image forming apparatus for forming an image based on an electrophotographic system is provided.
상기 특징은 독립 청구항에 기재된 특징들의 조합에 의해 달성되며 종속항들은 본 발명의 특정한 예만을 정의한다.The above features are attained by the combination of features recited in the independent claims and the dependent claims define only specific examples of the invention.
상기한 구성이 본 발명의 전부가 아니며, 상기한 특징들의 다른 조합이 본 발명으로서 간주될 수 있다.The above configuration is not exhaustive of the invention, and other combinations of the above features can be regarded as the invention.
본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점은 첨부된 도면과 결합하여 이하의 설명으로부터 자명할 것이며, 첨부된 도면에서 유사한 참조부호는 도면을 통하여 동일명칭 또는 유사한 부분을 나타낸다.Other features, objects, and advantages of the invention will be apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference characters designate the same or similar parts throughout the figures thereof.
첨부된 도면은 발명의 상세한 설명의 일부가 되며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 실시예를 나타내며, 본 발명의 원리를 설명한다.The accompanying drawings become part of the detailed description of the invention, together with the description of the invention illustrate embodiments of the invention and illustrate the principles of the invention.
<실시예><Example>
이하에 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다. 다음의 실시예들은 청구범위에 기재된 본 발명을 한정하지 않으며, 또한, 본 실시예들에 기재된 특징들의 모든 조합이 본 발명에 의한 해결책에 필수적인 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following examples do not limit the invention described in the claims, and furthermore, not all combinations of the features described in the embodiments are essential to the solution according to the invention.
[제1 실시예][First Embodiment]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스위칭 레귤레이터 및 입력 전압 검출 회로의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시예에서, 스위칭 레귤레이터는 고정된 발진 주파수를 갖는 플라이백(fly-back)형 전원에 적용된다. 본 실시예의 특징적 인 특성은 2차 정류 다이오드(7)의 애노드 전압 파형을 모니터하여, 전압 파형의 네거티브 피크값으로부터 상업용 전원의 전압값을 검출하는 것이다.1 is a block diagram showing the configuration of a switching regulator and an input voltage detection circuit according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, the switching regulator is applied to a fly-back type power supply having a fixed oscillation frequency. A characteristic characteristic of this embodiment is to monitor the anode voltage waveform of the
상업용 전원(1)으로부터 공급되는 교류 전압은 정류 브릿지(2) 및 1차 평활 컨덴서(3)에 의해서 정류 및 평활되어, 대략 일정한 전압 Vp가 된다. 전압 Vp는 변압기(5)를 통하여 FET(6)에 공급된다. 구동 회로(4)의 구동에 의해 FET(6)에서 스위칭이 일어날 때, 변압기(5)의 2차측에 펄스 전압이 유도된다. 이렇게 유도된 펄스 전압은 2차 정류 다이오드(7) 및 2차 평활 컨덴서(8)에 의해서 정류 및 평활되어, 소정의 전압 Vout이 된다. 전압 Vout은 부하(9)에 공급된다.The AC voltage supplied from the
2차 정류 다이오드(7)의 애노드 단자에 입력 전압 검출 회로(27)가 접속되어 있다. 이하에서, 도 2 및 도 3을 참조하여 입력 전압 검출 회로(27)의 동작에 대하여 설명한다.An input
입력 전압 검출 회로(27)는 다이오드(19), 반전 증폭 회로(저항(20, 21), OP 앰프(22)), 피크 홀드(peak hold) 회로(다이오드(23), 컨덴서(24), 저항(25))를 포함한다.The input
도 2는 2차 정류 다이오드(7)의 애노드 단자의 전압 변화를 설명하는 파형도이다.FIG. 2 is a waveform diagram illustrating the voltage change of the anode terminal of the
도 2에서, 참조번호 200은 FET(6)가 오프인 경우의 애노드 전압의 파형을 나타내고, 참조번호 201은 FET(6)이 온인 경우의 애노드 전압의 파형을 나타낸다.In Fig. 2,
도 3의 (a) 내지 (c)는 FET(6)의 온/오프 상태에 따른 2차 정류 다이오드(7)의 애노드 단자의 전압 변화, 및 입력 전압 검출 회로(27)의 출력 전압의 변화를 나타내는 신호 파형도이다.3 (a) to 3 (c) show changes in the voltage of the anode terminal of the
도 3의 (a)는 구동 회로(4)에 의해 구동되는 FET(6)의 게이트 전압을 나타낸다. 게이트 전압이 하이 레벨일 때, FET(6)가 온된다.3A shows the gate voltage of the
도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 FET(6)의 게이트 전압에 따라서 변화하는 2차 정류 다이오드(7)의 애노드의 전압 파형을 나타낸다. (-V1ow)로부터 (Vout+Vf)까지의 진폭을 갖는 파형이 된다. 전압 Vf는 2차 정류 다이오드(7)의 순방향 전압이다. 애노드 전압의 파형은 다이오드(19)에 의해서 네거티브(-)전압 부분만으로 슬라이스되어, OP 앰프(22)를 포함하는 반전 증폭 회로에 입력된다.FIG. 3B shows the voltage waveform of the anode of the
도 3의 (c)는 파선으로 나타내여지는 펄스 파형으로서 반전 증폭 회로의 출력을 나타낸다. 이 때, 펄스 파의 하이 레벨 전압 Vvp는, 반전 증폭 회로의 게인을 α로 가정하면, 다음 수학식 1으로 나타낼 수 있다.Fig. 3C shows the output of the inverted amplifier circuit as a pulse waveform shown by broken lines. At this time, the high level voltage Vvp of the pulse wave can be expressed by the following equation (1), assuming that the gain of the inverted amplifier circuit is?.
또한, 전압 Vlow는 1차 전해 컨덴서(3)의 단자 전압 Vp, 변압기(5)의 1차측권수 N1, 변압기(5)의 2차측 권수 N2를 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.The voltage Vlow can be expressed as follows using the terminal voltage Vp of the primary
또한, 상업용 전원(1)의 전압(정현파 전압)의 유효값 Vin과 1차 전해 컨덴서(3)의 단자 전압 Vp 사이에 다음 수학식 3이 성립된다.Further, the following equation (3) is established between the effective value Vin of the voltage of the commercial power supply 1 (sine wave voltage) and the terminal voltage Vp of the primary
따라서, 다음의 수학식 4 및 5가 성립된다.Therefore, the following equations (4) and (5) are established.
즉, 상업용 전원(1)의 전압의 유효값 Vin은 반전 증폭 회로의 하이 레벨 전압 Vvp에 비례하게 된다. 이 반전 증폭 회로의 출력 펄스는 후술될 피크 홀드 회로에 의해서 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이 대략 Vvp의 직류 전압으로 변환되고, 연산 유닛(10)의 A/D 변환 포트에 입력된다. 연산 유닛(10)은 반전 증폭 회로의 게인 α, 변압기(5)의 1차측 권수 N1, 변압기(5)의 2차측 권수 N2, 및 출력 전압값 Vvp로부터 상기 수학식 5를 이용하여 상업용 전원의 전압 Vin을 얻을 수 있다(α, N1, N2는 앞서 정의됨).That is, the effective value Vin of the voltage of the
본 제1 실시예에서 설명된 스위칭 레귤레이터, 입력 전압 검출 회로 등의 구성은 적절하게 변경될 수 있고, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.The configuration of the switching regulator, the input voltage detection circuit, and the like described in the first embodiment can be changed as appropriate, and the present invention is not limited.
이상 설명한 바와 같이, 본 제1 실시예에 따르면, 종래기술에서 요구되는 포토커플러 및 변류기 등의 1차-2차 절연 부품이 생략될 수 있다. 또한, 스위칭 레귤레이터로부터 출력되는 전류값 및 전압값을 검출하는 경우에도, 출력 전원 라인 에 전력 손실을 일으키는 전류 검출 저항을 삽입할 필요가 없기 때문에, 전력의 손실없이, 입력 전압값 및 입력 전류값을 고정밀도로 구할 수 있다.As described above, according to the first embodiment, the primary-secondary insulation parts such as photocouplers and current transformers required in the prior art can be omitted. In addition, even when detecting the current value and the voltage value output from the switching regulator, it is not necessary to insert a current detection resistor that causes power loss in the output power supply line, thereby reducing the input voltage value and the input current value without losing power. Can be obtained with high precision.
[제2 실시예]Second Embodiment
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스위칭 레귤레이터를 설명하는 블록도이다. 도 4에서, 도 1에 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 갖고 이들의 설명은 생략된다. 제2 실시예에서, 스위칭 레귤레이터는 고정된 발진 주파수를 갖는 플라이백형 전원에 적용된다. 상기 제1 실시예의 경우와 같이, 상업용 전원(1)으로부터의 입력 전압값을 검출하고, 2차 정류 다이오드(7)의 애노드 전압 파형을 모니터하고, 네거티브 펄스 폭으로부터 스위칭 레귤레이터에 입력되는 전류값을 검출한다.4 is a block diagram illustrating a switching regulator according to a second embodiment of the present invention. In Fig. 4, the components corresponding to Fig. 1 have the same reference numerals and their description is omitted. In the second embodiment, the switching regulator is applied to a flyback type power supply having a fixed oscillation frequency. As in the case of the first embodiment, the input voltage value from the
이하, 도 4 및 도 5, 도 6의 (a) 내지 (c)를 참조하여, 입력 전류 검출 회로(35)의 동작에 대하여 설명한다. 도 4에서 입력 전류 검출 회로(35)의 동작 이외의 동작은 제1 실시예와 유사하기 때문에, 그 설명을 생략한다.Hereinafter, the operation of the input
입력 전류 검출 회로(35)는 다이오드(18) 및 적분 회로(제너 다이오드(30), 저항(26, 28, 31), 컨덴서(32), OP 앰프(29))를 구비한다.The input
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 2차 정류 다이오드(7)의 애노드 전압을 나타내는 파형도이다. 전술된 도 2의 경우와 마찬가지로, FET(6)이 온인 경우의 애노드 전압의 파형(501)에서 그 펄스 폭은 입력 전류의 1/2승에 비례한다.5 is a waveform diagram showing the anode voltage of the
도 6의 (a)는 구동 회로(4)에 의해 구동되는 FET(6)의 게이트 전압을 나타낸다. 게이트 전압이 하이 레벨인 경우에, FET(6)가 온된다.FIG. 6A shows the gate voltage of the
도 6의 (b)는 (-V1ow)로부터 (Vout+Vf)까지의 진폭을 갖는 2차 정류 다이오드(7)의 애노드의 전압 파형을 나타낸다. 이 전압은 다이오드(18)에 의해서 네거티브 전압 부분만으로 슬라이스되고, 제너 다이오드(30)에 의해서 전압 (-Vz)로 클램프된다. 따라서, 도 6의 (c)에 나타낸 바와 같이, OP 앰프(29)를 포함하는 적분 회로의 입력 전압은 진폭 0[V]로부터 (-Vz)까지의 펄스 파형을 갖는다.FIG. 6B shows the voltage waveform of the anode of the
이 파형에서, 네거티브 펄스 폭을 t1, 주기를 t2, 적분 회로의 게인을 β라고 가정하면, 적분 회로로부터의 출력 전압 Viin은 다음과 같이 표현된다.In this waveform, assuming that the negative pulse width is t1, the period is t2, and the gain of the integrating circuit is β, the output voltage Viin from the integrating circuit is expressed as follows.
따라서, 네거티브 펄스 폭 t1은 다음과 같이 표현된다.Therefore, the negative pulse width t1 is expressed as follows.
플라이백 전원의 입력 전류 Iin은 펄스 폭 t1, 상업용 전원 전압 Vin, 및 변압기(5)의 1차 인덕턴스 L1을 이용하여 표현된다.The input current Iin of the flyback power supply is expressed using the pulse width t1, the commercial power supply voltage Vin, and the primary inductance L1 of the
따라서, 입력 전류 Iin은 다음과 같이 표현된다.Therefore, the input current Iin is expressed as follows.
즉, 상업용 전원(1)으로부터의 입력 전류 Iin은 적분 회로의 출력 전압 Viin 의 제곱(Viin2)에 비례한다.That is, the input current Iin from the
출력 Viin은 연산 유닛(10)의 A/D 변환 포트에 입력된다. 연산 유닛(10)은 적분 회로의 A/D 변환된 출력 전압 Viin, 전술된 상업용 전원 전압 Vin, 및 그 밖의 상수(t2, L1, β, Vz는 이미 정의됨)로부터, 전술된 수학식 9에 의해 입력 전류 Iin을 구할 수 있다.The output Viin is input to the A / D conversion port of the
본 스위칭 레귤레이터, 입력 전압 검출 회로 및 입력 전류 검출 회로의 구성은 적절하게 변경이 가능하고, 본원 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.The configurations of the present switching regulator, the input voltage detection circuit and the input current detection circuit can be appropriately changed and do not limit the scope of the present invention.
이상 설명한 바와 같이, 제2 실시예에 따르면, 종래기술에서 요구되는 포토커플러 및 변류기 등의 1차-2차 절연 부품이 생략될 수 있다. 또한, 스위칭 레귤레이터로부터 출력되는 전류값 및 전압값을 검출하는 경우에도, 출력 전원 라인에 전력 손실을 야기하는 전류 검출 저항을 삽입할 필요가 없기 때문에, 전력 손실없이 고정밀도로 입력 전압값 및 입력 전류값을 구할 수 있다.As described above, according to the second embodiment, the primary-secondary insulating parts such as photocouplers and current transformers required in the prior art may be omitted. In addition, even when detecting the current value and the voltage value output from the switching regulator, since there is no need to insert a current detection resistor that causes power loss in the output power line, the input voltage value and the input current value with high accuracy without power loss. Can be obtained.
[제3 실시예]Third Embodiment
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스위칭 레귤레이터의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 7에서, 도 1에 대응하는 구성요소는 동일한 참조 번호를 갖고, 이들의 설명을 생략한다. 제3 실시예에서, 스위칭 레귤레이터는 고정된 발진 주파수를 갖는 플라이백 전원에 적용된다. 본 실시예의 특징적인 특성은 2차 정류 다이오드(7)의 애노드 전압의 파형을 모니터하여, 스위칭 레귤레이터로부터 출력되는 전류값 Iout이 그 애노드 전압이 포지티브(+) 펄스 폭으로부터 검출된다.7 is a block diagram showing the configuration of a switching regulator according to a third embodiment of the present invention. In Fig. 7, the components corresponding to Fig. 1 have the same reference numerals, and their description is omitted. In a third embodiment, the switching regulator is applied to a flyback power supply with a fixed oscillation frequency. The characteristic characteristic of this embodiment is to monitor the waveform of the anode voltage of the
이하, 도 8을 참조하여 출력 전류 검출 회로(40)의 동작에 대하여 설명한다. 이 출력 전류 검출 회로(40) 이외의 구성요소는 전술한 제1 실시예와 동일하고, 이들의 설명을 생략한다.Hereinafter, the operation of the output
출력 전류 검출 회로(40)는 타이머 유닛(320)을 구비한다. 이 타이머 유닛(320)은 2차 정류 다이오드(7)의 애노드 전압의 파형을 모니터하여, 그 애노드 전압이 포지티브 펄스 폭의 시간 t3를 연산 유닛(10)에 출력한다. 타이머 유닛(320)에 의한 시간 측정 동작은 연산 유닛(10)에 의해 실행될 수 있다.The output
도 8은 플라이백 전원으로부터의 출력에 해당하는 2차 정류 다이오드(7)의 애노드 전압을 나타내는 파형도이다. 도 8에서, 참조번호 801은 애노드 전압이 포지티브인 상태를 나타내고, 참조번호 802는 애노드 전압이 네거티브인 상태를 나타낸다.8 is a waveform diagram showing the anode voltage of the
출력 전류 Iout은 애노드 전압이 포지티브인 시간 t3, 스위칭 주기 t2, 변압기(5)의 2차 인덕턴스 L2, 출력 전압 Vout, 2차 정류 다이오드의 순방향 전압 Vf를 이용하여, 다음과 같이 표현된다.The output current Iout is expressed as follows using the time t3 at which the anode voltage is positive, the switching period t2, the secondary inductance L2 of the
즉, 출력 전류 Iout은 애노드 전압이 포지티브인 시간 t3의 제곱(t3 2)에 비례한다. 따라서, 연산 유닛(10)은 시간 t3 및 그 밖의 상수(t2, L2, Vout, Vf)로부터, 수학식 10에 의해 출력 전류 Iout을 구한다.That is, the output current Iout is proportional to the square (t 3 2 ) of the time t 3 at which the anode voltage is positive. Therefore, the
본 스위칭 레귤레이터, 출력 전류 검출 회로의 구성은 적절하게 변경될 수 있고, 본원 발명을 한정하는 것은 아니다.The configuration of the present switching regulator, the output current detection circuit can be changed as appropriate, and does not limit the present invention.
이상 설명한 바와 같이, 제3 실시예에 따르면, 종래기술에서 요구되는 포토커플러 및 변류기 등의 1차-2차 절연 부품이 생략될 수 있다. 또한, 스위칭 레귤레이터로부터 출력되는 전류값이나 전압값을 검출하는 경우에도, 출력 전원 라인에 전력 손실을 야기하는 전류 검출 저항을 삽입할 필요가 없기 때문에, 전력 손실없이 고정밀도로 입력 전압값 및 입력 전류값을 구할 수 있다.As described above, according to the third embodiment, the primary-secondary insulating parts such as photocouplers and current transformers required in the prior art may be omitted. In addition, even when detecting a current value or a voltage value output from the switching regulator, it is not necessary to insert a current detection resistor that causes power loss in the output power supply line, so that the input voltage value and the input current value with high accuracy without power loss are required. Can be obtained.
[제4 실시예][Example 4]
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 화상 형성 장치를 설명하는 블록도이다. 제4 실시예에서, 상기 제2 실시예(도 4)에서 설명된 스위칭 레귤레이터가 화상 형성 장치의 액츄에이터용 전원으로 사용된다. 스위칭 레귤레이터에 의해 검출된 상업용 전원 전압값 및 입력 전류값에 기초하여 화상 형성 장치의 정착 유닛을 제어하는 방법에 대하여 설명한다. 스위칭 레귤레이터에 의해 스위칭 레귤레이터에의 입력 전류값 Iin 및 상업용 전원 전압값 Vin을 검출하는 방법에 대해서는 제1 및 제2 실시예에서 설명된 것과 동일하므로, 설명을 생략한다.9 is a block diagram illustrating an image forming apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the switching regulator described in the second embodiment (Fig. 4) is used as the power source for the actuator of the image forming apparatus. A method of controlling the fixing unit of the image forming apparatus based on the commercial power supply voltage value and the input current value detected by the switching regulator will be described. Since the method of detecting the input current value Iin and the commercial power supply voltage value Vin by the switching regulator is the same as that described in the first and second embodiments, the description is omitted.
스위칭 레귤레이터로부터의 출력 전압 Vout은 액츄에이터(36)에 공급된다. 이 액츄에이터(36)는 연산 유닛(10)의 제어에 기초하여 화상 형성 동작을 실행한다. 상업용 전원(1)은 스위칭 레귤레이터에 공급되고, 또한, 정착 전원(34)에도 공급된다. 정착 전원(34)으로부터의 출력은 정착 유닛(37)에 공급된다. 정착 유닛(37)은 토너 화상을 용지면상에 융해하여 정착한다. 연산 유닛(10)은 정착 유닛 (37)에 설치된 온도 검출 유닛(도시 생략)으로부터 공급되는 온도 정보 신호 thm(901)에 기초하여, 정착 유닛(37)이 대략 일정한 온도가 되도록, 정착 전원(34)으로부터 정착 유닛(37)으로의 출력 전력을 온/오프한다. 이 때, 정착 전원(34)의 온/오프의 타이밍은 연산 유닛(10)로부터 정착 전원(34)에 공급되는 온/오프 신호(902)에 의해서 규정된다. 또한, 정착 전원(34)의 출력 전력은 전력 상한 신호 Pwtgt(903)에 의해서 규정된다.The output voltage Vout from the switching regulator is supplied to the
일반적으로, 상업용 전원(1)으로부터 전기 기기에 의해 소비가능한 전류값은 안전 규격에 의해서 최대 전류값 Imax로 규정된다. 예를 들면, 일본에서 상업용 콘센트로부터 전기 기기에 의해 소비가능한 전류값은 최대 15A까지이다.In general, the current value that can be consumed by the electric appliance from the
따라서, 연산 유닛(10)은 상업용 전원(1)으로부터 화상 형성 장치에 입력되는 전류가 상기 규정된 전류값 Imax를 초과하지 않도록 전력 상한 신호 Pwtgt를 순차적으로 산출하고, 정착 유닛(37)에 공급되는 전력을 제어한다.Therefore, the
도 1O의 (a) 및 (b)를 참조하여 이 동작을 설명한다.This operation will be described with reference to FIGS. 10A and 10B.
도 1O의 (a)는 스위칭 레귤레이터에 입력되는 전류 Iin의 천이를 나타낸다. 타이밍 T1에서, 화상 형성 장치의 메인 스위치(도시 생략)가 온되면, 연산 유닛(10)은 액츄에이터(36)를 적절하게 동작시켜서, 화상 형성 동작의 준비를 행한다. 이 동작에 따라, 스위칭 레귤레이터에 입력되는 전류 Iin이 순차적으로 변화한다. 연산 유닛(1O)은 이 전류값 Iin을 순차적으로 검출하고(제2 실시예), 규정된 전류값 Imax와의 차 Itgt(=Imax-Iin)를 산출한다. 즉, 이 전류차 Itgt가 정착 유닛(37)에 공급가능한 전류값이다. 또한, 연산 유닛(1O)은 입력 전압 Vin을 검출하고 (제1 실시예), 이 전류값 Itgt 및 입력 전압 Vin으로부터 정착 유닛(37)에 공급가능한 전력 Pwtgt(=Itgt×Vin)을 산출한다.10A illustrates a transition of the current Iin input to the switching regulator. When the main switch (not shown) of the image forming apparatus is turned on at the timing T1, the
도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 연산 유닛(10)은 정착 유닛(37)의 온도가 대략 일정하도록, 정착 전원(34)으로 입력되는 전력 Pwtgt(903)을 온/오프 제어한다. 이러한 구성에서, 상업용 전원(1)으로부터 화상 형성 장치로 입력되는 전류가 규정값 Imax를 초과하지 않도록 제어된다.As shown in FIG. 10B, the
제4 실시예에 의하면, 종래기술에서 요구되는 포토커플러 및 변류기 등의 1차-2차 절연 부품없이, 액츄에이터용 스위칭 레귤레이터에 입력되는 전류 및 화상 형성 장치에 입력되는 상업용 전원 전압이 순차적으로 검출된다. 또한, 상업용 전원으로부터 공급가능한 전류를 낭비하지 않으므로, 메인 스위치의 온 상태로부터 정착 유닛(37)의 온도가 화상 형성 동작을 위한 온도로 증가되기 전까지의 시간(워밍업 시간)을 감소시킬 수 있다.According to the fourth embodiment, the current input to the actuator switching regulator and the commercial power supply voltage input to the image forming apparatus are sequentially detected without the primary secondary insulation components such as photocouplers and current transformers required in the prior art. . In addition, since no current that can be supplied from a commercial power supply is wasted, the time (warming up time) from the on state of the main switch until the temperature of the fixing
도 15는 제4 실시예에 따른 화상 형성 장치에서 정착 유닛(37)을 제어하는 연산 유닛(10)의 제어 처리를 나타내는 플로우차트이다. 이 처리를 실행하는 프로그램은 연산 유닛(10)의 프로그램 메모리(도시 생략)에 저장된다.FIG. 15 is a flowchart showing a control process of the
이 처리는 예를 들면 장치의 전원이 온됨으로써 개시된다. 우선, 단계 S1에서, 입력 전압 검출 회로(27)로부터 출력되는 전압값 Vvp을 입력하고, 전술된 수학식 5에 기초하여 입력 전압 Vin을 산출한다(단계 S2). 다음으로, 단계 S3에서, 입력 전류 검출 회로(35)로부터 출력되는 전압값 Viin을 입력하고, 전술된 수학식 9에 기초하여 입력 전류 Iin을 산출한다(단계 S4). 그리고, 단계 S5에서, 규정된 전류값 Imax와의 전류 차 Itgt(=Imax-Iin)를 산출하고, 단계 S6에서, 정착 유닛(37)에 공급가능한 전력 Pwtgt(=Itgt×Vin)을 산출한다. 공급 가능 전력 Pwtgt에 기초하여 정착 전원(34)을 제어하여 정착 유닛(37)에 공급되는 전력을 제어한다. 다음으로, 단계 S7에서, 정착 유닛(37)의 온도가 소정의 범위 내에 있는지의 여부를 판단한다. 온도가 소정의 범위 내에 있으면(충분히 가열되면), 처리는 단계 S8로 진행하여, 정착 유닛(37)에의 전력 공급을 차단하고 단계 S1으로 진행한다.This process is started by, for example, turning on the power of the apparatus. First, in step S1, the voltage value Vvp output from the input
한편, 정착 유닛(37)의 온도가 소정의 범위 내로 되지 않는 경우에는, 처리가 단계 S1으로 진행하여, 전술된 처리를 반복하여 실행한다.On the other hand, when the temperature of the fixing
본 발명은 살기 실시예에 한정되지 않고 다양한 변화 및 수정이 본 발명의 사상 및 범위내에서 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위의 공개를 평가하기 위해서 다음의 청구범위가 이루어진다.The present invention is not limited to the living embodiments, and various changes and modifications can be made within the spirit and scope of the present invention. Therefore, to apprise the public of the scope of the present invention, the following claims are made.
본 발명에 따르면, 스위칭 레귤레이터에 입력되는 상업용 전원의 전압값이나 스위칭 레귤레이터에 입력되는 전류값을 검출함에 있어서, 포토커플러 및 변류기 등의 1차-2차 절연 부품을 사용하지 않아도 되어 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 스위칭 레귤레이터로부터 출력되는 전류값을 검출함에 있어서, 전류 검출 저항을 생략할 수 있어 전력 손실을 감소시킬 수 있으며, 전규 검출 저항에서의 전압 강하가 없으므로 스위칭 레귤레이터로부터의 출력 전압을 고정밀도로 검출할 수 있어, 결국 스위칭 레귤레이터로 입력되는 전압값 및 전류값을 고정밀도로 구할 수 있게 된다.According to the present invention, in detecting a voltage value of a commercial power source inputted to a switching regulator or a current value inputted to a switching regulator, it is possible to reduce costs by eliminating the use of primary-secondary insulation components such as photocouplers and current transformers. Can be. In addition, in detecting the current value output from the switching regulator, the current detection resistor can be omitted, thereby reducing power loss, and since there is no voltage drop in the general detection resistor, the output voltage from the switching regulator can be detected with high accuracy. As a result, the voltage and current values input to the switching regulator can be obtained with high accuracy.
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